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2019 年度 実績報告書

イオン交換膜が実現するソフトロボットのモーションコントロール

計画研究

研究領域ソフトロボット学の創成:機電・物質・生体情報の有機的融合
研究課題/領域番号 18H05470
研究機関東京工業大学

研究代表者

鈴森 康一  東京工業大学, 工学院, 教授 (00333451)

研究分担者 難波江 裕之  東京工業大学, 工学院, 助教 (90757171)
安積 欣志  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (10184136)
堀内 哲也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (60738061)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード人工筋肉 / ソフトロボット / アクチュエータ / イオン高分子アクチュエータ
研究実績の概要

令和元年度は,イオン高分子アクチュエータに関しては,紙や布をベースとした3次元IPMCの製作方法の提案及び試作を行った.また,ECラバーアクチュエータに関しては,昨年度試作した柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の改良を行った.
紙や布をベースとした3次元IPMCの実現においては,紙や布といった材料を構造を維持するための母材として使用し,それらにイオン交換樹脂の分散液を浸透させることで,液体だけでは難しかった複雑な3次元構造の実現を目指した.基礎実験として単純な短冊型のサンプルを複数の母材を用いて製作し,その基礎特性の測定を行った.さらには,基礎特性の測定から得られた知見を元に,鶴形及び飛行機型のIPMCを試作し,その駆動に成功した.また,複雑形状のIPMCの駆動に必要な要素となる電極パターニングについても,機械的な接触により,還元を阻害する手法を提案し,実証試験に成功している.
ECラバーアクチュエータに関して,昨年度は,還流による白金メッキ等により柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の試作及び駆動に成功していたが,駆動性能に問題があった.解析の結果,イオン交換樹脂チューブの電極のダメージと配線の材質が問題であることが分かった.配線材質を変更するとともに,樹脂チューブのメッキに関しては金と白金の二層電極にすることにより,白金の触媒作用と金の延性によるひび割れの防止の2つの性質を同時に発揮することを狙った.本手法による試作機では昨年度の試作機を超える気体の発生・吸収性能を確認するとともに,人工筋の試作機においても性能の向上が確認できた.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

イオン高分子アクチュエータに関しては,紙や布をベースとした3次元IPMCの製作方法という画期的な手法の提案と試作機の作成,さらには駆動実験に成功している.また,電極に関しても簡易にパターニング可能な手法を提案し,実証試験に成功している.
ECラバーアクチュエータに関しても,金と白金の二層電極の実現により, 柔軟かつ電気駆動可能な細径マッキベン型人工筋の改良に成功している.
材料シミュレーションに関しては,成果が得られていないものの上記のような画期的な成果が得られており,全体として順調に進んでいる

今後の研究の推進方策

イオン高分子アクチュエータに関して,材料の面からは,引き続き特性の評価や電気化学プロセスとカップリングした材料シミュレーションを進めるとともに,材料特性の向上を目指す.アクチュエータの面からは,本年度提案した電極パターニング手法を元に最適な電極配置の検討を行う.また,紙や布を母材とする作製手法に関して応用を模索する.
ECラバーアクチュエータに関しては,引き続き材料及びアクチュエータ構造の両面から性能改善に努めていく.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Electrically-Driven Soft Fluidic Actuators Combining Stretchable Pumps With Thin McKibben Muscles2020

    • 著者名/発表者名
      Cacucciolo Vito、Nabae Hiroyuki、Suzumori Koichi、Shea Herbert
    • 雑誌名

      Frontiers in Robotics and AI

      巻: 6 ページ: -

    • DOI

      10.3389/frobt.2019.00146

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 245mm-length IPMC catheter with an ellipse-like cross-section2019

    • 著者名/発表者名
      T. Horiuchi, K. Asaka
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: 29-9 ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab2a28

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controllable and durable ionic electroactive polymer actuator based on nanoporous carbon nanotube film electrode2019

    • 著者名/発表者名
      Jie Ru, Changsheng Bian, Zicai Zhu, Yanjie Wang, Junshi Zhang, Tetsuya Horiuchi, Takushi Sugino, Xiaofeng Liu, Hualing Chen, and Kinji Asaka
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: 28 ページ: 85022

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab2a28

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] IPMC Monolithic Thin Film Robots Fabricated through a Multi-Layer Casting Process2019

    • 著者名/発表者名
      Akio Kodaira, Kinji Asaka, Tetsuya Horiuchi, Gen Endo, Hiroyuki Nabae, Koichi Suzumori
    • 学会等名
      the 2019 International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] Soft Polymer-Electrolyte-Fuel-Cell Tube Realizing Air-Hose-Free Thin McKibben Muscles2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Nabae, Akio Kodaira, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
    • 学会等名
      2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems
    • 国際学会
  • [学会発表] Frequency Response of Honeycomb Structured IPMC Actuator Fabricated through 3D Printing with Dispersion Liquid2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Nabae, Asuka Ishiki, Tetsuya Horiuchi, Kinji Asaka, Gen Endo, Koichi Suzumori
    • 学会等名
      30th International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS)
    • 国際学会
  • [学会発表] 柔軟PEFCチューブを用いた気液変換細径マッキベン型人工筋肉2019

    • 著者名/発表者名
      小平暁雄,安積欣志,堀内哲也,難波江裕之,遠藤玄,鈴森康一
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
  • [学会発表] 積層キャスト法を用いた水中移動IPMC薄膜ソフトロボット2019

    • 著者名/発表者名
      小平暁雄,安積欣志,堀内哲也,難波江裕之,遠藤玄,鈴森康一
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
  • [学会発表] イオン交換樹脂分散液の3DプリンティングによるIPMCソフトマイクロロボットの成形 2019

    • 著者名/発表者名
      石木明日翔,鈴森康一,難波江裕之,遠藤玄,安積欣志, 堀内哲也
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会論文集
  • [学会発表] 解剖学知見に基づくキリン首模擬機構の試作2019

    • 著者名/発表者名
      新倉敦彦, 難波江裕之, 遠藤玄, 郡司芽久, 森健人, 新山龍馬, 鈴森康一.
    • 学会等名
      第37回日本ロボット学会学術講演会論文集
  • [学会発表] Toward practical application of soft robots2019

    • 著者名/発表者名
      Koichi Suzumori
    • 学会等名
      2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] MEXT KAKENHI Project on Soft Robots in Japan2019

    • 著者名/発表者名
      Koichi Suzumori
    • 学会等名
      2019 IEEE International Conference on Soft Robotics (Robosoft 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Soft Robotics as E-kagen Science2019

    • 著者名/発表者名
      Koichi Suzumori
    • 学会等名
      Robotics: Science and Systems (RSS 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Soft Robotics as E-kagen Science2019

    • 著者名/発表者名
      Koichi Suzumori
    • 学会等名
      The IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM 2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ソフトロボットによる人間支援2019

    • 著者名/発表者名
      鈴森康一
    • 学会等名
      北九州学園研究都市フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] ソフトロボット学2019

    • 著者名/発表者名
      鈴森康一
    • 学会等名
      日本機械学会2019年次大会基調講演
    • 招待講演
  • [備考] A02-2:イオン交換膜が実現するソフトロボットのモーションコントロール

    • URL

      http://softrobot.jp/research-groups/a02-2/

  • [備考] 東京工業大学 鈴森・遠藤研究室

    • URL

      http://www.robotics.mech.e.titech.ac.jp/home.html

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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